Voor het eerst zijn wetenschappers er met succes in geslaagd spinnenzijdevezels van volledige lengte te produceren met behulp van genetisch gemodificeerde zijderupsen. De hoge sterkte en taaiheid van de zijde beloven een schaalbaar, duurzaam en beter alternatief te zijn voor bestaande synthetische vezels zoals nylon. Eerste auteur Mi Junpeng, een onderzoeker aan de School of Bioscience and Medical Engineering aan de Donghua Universiteit in China, zei: "Zijdezijde is momenteel de enige dierlijke zijdevezel die op grote schaal wordt gecommercialiseerd en over een perfecte kweektechnologie beschikt. Daarom kan het gebruik van genetisch gemodificeerde zijderupsen om spinnenzijdevezels te produceren een goedkope, grootschalige commercialisering bereiken."

De vezels die zijderupsen gebruiken om hun cocons te spinnen, worden al duizenden jaren gekweekt, maar hoewel deze vezels in overvloed aanwezig zijn, hebben ze de reputatie broos te zijn. Spinnen produceren ondertussen benijdenswaardig sterke zijde, maar het kweken ervan op grote schaal is altijd buiten bereik geweest. De onderzoekers wezen erop dat "de vleesetende aard van spinnen het voor spinnen onmogelijk maakt om samen te leven, anders zullen bijna alle individuen tot de dood vechten."

Dit nieuwste onderzoek biedt het beste van twee werelden en verandert de manier waarop dit ongrijpbare natuurlijke materiaal duurzaam wordt geproduceerd. Wetenschappers proberen dit bionische ‘recept’ al meer dan tien jaar te perfectioneren.

Om zijderupsen met unieke spinzintuigen te ontwikkelen, concentreerden Mi en collega's zich op een klein zijde-eiwit van de Oost-Aziatische ronddraaiende spin Araneus ventricosus. Met behulp van CRISPR-Cas9-technologie werd het MiSp-eiwit ingevoegd in het DNA van zijderupsen, ter vervanging van het gen dat codeert voor het belangrijkste zijde-eiwit van zijderupsen.

De wetenschappers bereikten ook "targeting" en activeerden met succes genen in het DNA van de zijderups zonder zich te bemoeien met enig ander aspect van de natuurlijke zijdeproductie van de zijderups.

"Het 'positionering'-concept dat in dit artikel wordt voorgesteld, evenals het voorgestelde minimale structurele model, is een belangrijke doorbraak ten opzichte van eerder onderzoek," zei Mi. "Wij geloven dat grootschalige commercialisering voor de deur staat."

De resulterende vezels overtroffen de verwachtingen van de onderzoekers en vertoonden een hoge treksterkte (1.299 MPa) en taaiheid (319 MJ/m3). Niet alleen dat, maar de vezel was veel flexibeler dan verwacht; MiSp-eiwit staat bekend om het produceren van zijde die sterk maar niet rekbaar is.

"Spinnenzijde is een strategische hulpbron die dringend moet worden ontwikkeld. De vezel die in dit onderzoek wordt geproduceerd, heeft extreem hoge mechanische eigenschappen en heeft een groot potentieel op dit gebied. Deze vezel kan worden gebruikt als chirurgische hechtingen om jaarlijks aan de behoeften van meer dan 300 miljoen operaties wereldwijd te voldoen."

De nieuwe vezels hebben een breed commercieel potentieel, waaronder slimme materialen voor het leger, ruimtevaarttechnologie, biomedische technologie en kleding. De resulterende zijde is zes keer sterker dan de Kevlar die in kogelvrije vesten wordt gebruikt.

De onderzoekers zijn nu van plan genetisch gemodificeerde zijderupsen te ontwikkelen die natuurlijke en kunstmatige aminozuren gebruiken om spinnenzijdevezels te produceren. Mi zei: "De introductie van meer dan honderd gemanipuleerde aminozuren heeft onbeperkte mogelijkheden gebracht voor gemanipuleerde spinnenzijdevezels."

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Matter.